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DIPOLAR fermionic SuperFluidity

Descrizione del progetto

Interazioni dipolo-dipolo anisotrope a lungo raggio nella materia quantistica ultrafredda

I sistemi fortemente correlati sono quelli in cui le interazioni tra particelle (tipicamente elettrone-elettrone) sono così intense che, invece di muoversi indipendentemente, le particelle agiscono collettivamente. Questo porta a fenomeni esotici emergenti, tra cui la superconduttività ad alta temperatura e topologica. La maggior parte degli studi che hanno cercato di caratterizzare i sistemi fortemente correlati si sono concentrati sulle interazioni a corto raggio nei gas quantistici ultrafreddi. Il progetto DIPOLAR_SF, finanziato dal CER, si propone di aprire la strada a un nuovo campo della materia quantistica ultrafredda fortemente correlata con interazioni dipolari a lungo raggio. Per farlo, sfrutterà l’interazione anisotropa dipolo-dipolo negli atomi magnetici. Ciò include la creazione del primo condensato di Bose-Einstein costituito da dimeri dipolari e lo studio della superfluidità anisotropa e topologica in un gas di Fermi dipolare 2D.

Obiettivo

Strongly correlated systems give rise to fascinating emergent phenomena, such as high-temperature and topological superconductivity. Due to the complexity of those materials, understanding the underlying microscopic mechanisms is very challenging. While ultracold Fermi gases have emerged as a model system to investigate strongly interacting systems, they have primarily focused on
local and short-range interactions. This proposal aims to overcome these limitations and pioneer the quantum simulation of strongly correlated matter with long-range interactions, exploiting the anisotropic dipole-dipole interaction in magnetic atoms.

We will study the unexplored dipolar BEC-BCS crossover using an isotopic dipolar Fermi mixture immune to dipolar losses. This will enable the creation of a Bose-Einstein condensate made up of dipolar dimers for the first time, directly yielding an order-of-magnitude enhancement of the dipolar interaction. This achievement will enable the realization of strongly correlated quantum liquids and supersolids.

In the BCS regime, our focus will be on studying anisotropic and topological superfluidity. Using a 2D dipolar Fermi gas, we propose to explore the deformation of the Fermi surface due to interactions and its impact on fermionic pairing and superfluidity. Additionally, the reduced dimensionality enhances the critical temperature for the elusive p-wave superfluidity, where identical fermions pair, thus paving the way to explore topological superfluids. Finally, the two-component Fermi mixture provides a platform to study the coexistence and competition between s- and p-wave pairing. These phases are separated by a topological phase transition, where the order parameter continuously evolves from even to odd parity, resulting in unconventional singlet-triplet superfluidity.

This proposal opens a new field of strongly correlated ultracold quantum matter with long-range dipolar interactions.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE COMPOSTELA
Contributo netto dell'UE
€ 1 915 505,00
Indirizzo
COLEXIO DE SAN XEROME PRAZA DO OBRADOIRO S/N
15782 Santiago De Compostela
Spagna
Regione
Noroeste Galicia A Coruña
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 915 505,00

Beneficiari (1)